Ein Abonnement von JoVE ist erforderlich, um diesen Inhalt anzuzeigen. Melden Sie sich an oder beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testphase.

Methodenartikel

Die Herstellung von Weißlichtemittierenden elektrochemischen Zellen, die mit stabile Emission von Exciplexe

7.7K Aufrufe

⸱

DOI:

10.3791/54628

⸱

15. November 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Specialty Chemicals & Materials Company, JX Nippon Oil & Energy Corporation, 2Department of Advanced Science and Engineering, Waseda University, 3Central Technical Research Laboratory, JX Nippon Oil & Energy Corporation

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Die Autoren stellen eine Methode zur Herstellung stabiler weißlichtemittierender elektrochemischer Zellen vor, die die Emission von Exciplexen nutzen, die zwischen einem blau emittierenden Fluorenpolymer und aromatischen Aminen gebildet werden.

Zusammenfassung

Die Autoren stellen einen Ansatz zur Herstellung von stabilen Weißlichtemission aus Polymer lichtemittierenden elektrochemischen Zellen (Plecs) mit einer aktiven Schicht, die blau fluoreszierende Poly (9,9-Di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) besteht aus ( PFD) und π-konjugiertes Triphenylamin Molekülen. Diese weiße Lichtemission stammt aus Exciplexen zwischen PFD und Aminen in elektronisch angeregten Zuständen gebildet. Vorrichtung enthält PFD, 4,4 ', 4' '- Tris [2-Naphthyl (phenyl) amino] triphenylamin (2-TNATA), Poly (ethylenoxid) und K 2 CF 3 SO 3 zeigte weiße Lichtemission mit der Commission Internationale de l'éclairage (CIE) -Koordinaten von (0,33, 0,43) und einem Farbwiedergabeindex (CRI) von Ra = 73 bei einer angelegten Spannung von 3,5 V. Konstantspannungsmessungen zeigten, dass die CIE-Koordinaten von (0,27, 0,37), Ra von 67, und die Emissionsfarbe beobachtet unmittelbar nach Anlegen einer Spannung von 5 V waren fast unverändert und stabil, nachdem300 sec.

Einleitung

Die Forschung und Entwicklung von Polymer-Licht-emittierenden elektrochemischen Zellen (PLECs) haben sich in den letzten Jahren ausgeweitet. 1-15 PLECs ähneln organischen Leuchtdioden (OLEDs) insofern, als beide oberflächenemittierende organische Bauelemente sind und voraussichtlich ihren Weg in zukünftige Beleuchtungsanwendungen finden werden. OLEDs sind bereits auf dem Markt, aber die Kosten sind immer noch hoch, was unter anderem daran liegt, dass OLEDs eine komplizierte Gerätestruktur mit mehreren Schichten benötigen. Im Gegensatz dazu haben PLECs eine sehr einfache Bauelementstruktur, die aus einer einzigen aktiven Schicht (Emissionsschicht) zwischen einem Elektrodenpaar besteht. Das bedeutet, dass PLECs für Massenproduktionsprozesse wie Rolle-zu-Rolle-Druck und Beschichtung geeignet sind.

Ein PLEC hat eine aktive Schicht, die aus einem fluoreszierenden π-konjugierten Polymer (FCP) besteht. Das FCP kann elektrochemisch mit einem Polymerelektrolyten (einem Gemisch aus einem ionenleitenden Polymer und einem Salz) dotiert werden. Das FCP wird während des Betriebs auf der Anodenseite p-dotiert und auf der Kathodenseite n-dotiert und erzeugt Exzitonen, die zwischen den p- und n-dotierten Bereichen Licht emittieren. Daher spiegelt die Emissionsfarbe die Exzitonen-Emissionswellenlänge (=Fluoreszenz) des FCP wider.

Stabile Weißlichtemission ist wichtig für Beleuchtungsanwendungen, und Farbmischtechniken, die zwei oder mehr Emitter verwenden, wurden häufig verwendet, um dies zu erreichen. 10-14 Kürzlich haben wir einen anderen Ansatz zur Erzielung einer stabilen Weißlichtemission vorgestellt, bei dem eine aktive Schicht verwendet wird, die blaufluoreszierendes Poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) und π-konjugierte aromatische Amine15 enthält. Diese Weißlichtemission stammt von Exciplexen, die zwischen PFD- und Aminmolekülen in angeregten Zuständen gebildet werden. Die Exciplex-Emission hat ein breiteres Spektrum im Vergleich zur Exzitonenemission aus dem PDF und/oder den Aminen, was ihr eine Farbe verleiht, die der des natürlichen Lichts nahe kommt. Dies führt zu einem höheren Farbwiedergabeindex (CRI), der für Beleuchtungsanwendungen vorzuziehen ist.

In diesem Artikel beschreiben die Autoren das Verfahren zur Herstellung der Exciplex-basierten LECs und zeigen die Stabilität ihrer Weißlichtemission.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Protokoll

1. Herstellung von Aktivschicht Lösungen

  1. Die aktive Schicht Lösung für die Amin - dotierten PFD Geräte
    HINWEIS: Der PFD, 4,4 ', 4' '- Tris [2-Naphthyl (phenyl) amino] triphenylamin (2-TNATA), 9,9-Dimethyl- N, -di' N (1-Naphthyl) - N , N '-Diphenyl-9H-fluoren-2,7-diamin (DMFL-NPB), Poly (ethylenoxid) (PEO) wurden wie erhalten verwendet. Das Kalium - trifluormethansulfonat (K 2 CF 3 SO 3) wurde 1 h bei 200 ° C unter Vakuum getrocknet , vor der Verwendung.
    1. Für die Geräte eine PFD aufweist: Amin-Verhältnis von 1: 0,25, lösen sich 10 mg des PFD und 2,5 mg des aromatischen Amins in 1 ml Chloroform und Rühren für 1 h bei 40 ° C. Für diejenigen, die eine PFD aufweist: Amin-Verhältnis von 1: 1, verwendet werden 10 mg des aromatischen Amins.
    2. Separat, lösen sich 10 mg PEO in 1 ml Cyclohexanon und rühre 1 Stunde bei 60 ° C, und lösen sich 2,5 mg Kalium - trifluormethansulfonat (KCF 3 SO 3) in 1ml Cyclohexanon und rühre 1 Stunde bei 40 ° C.
    3. Hinzufügen 0,78 ml der PEO - Lösung und 0,147 ml der KCF 3 SO 3 Lösung für die PFD - Lösung mit Mikropipetten. Rühren Sie die gemischte Lösung für 4 Stunden bei 40 ° C.
    4. Filtern der gemischten Lösung, die ein Membranfilter vor der Schleuderbeschichtung verwendet wird.
  2. Die aktive Schicht Lösung für die undotierte PFD - Gerät
    1. Für die undotierte PFD Vorrichtung auflösen 10 mg PFD in 1 ml Chloroform und Rühren für 1 h bei 40 ° C. Die Schritte, die folgen, sind die gleichen wie die zuvor für die Amin-dotierten PFDs beschrieben in 1.1.2 - 1.1.4.

2. Herstellung von LEC-Geräte

ANMERKUNG: Herstellungsverfahren LEC Vorrichtungen ist in 1 zusammengefasst.

  1. Die ultraschall sauber strukturierten Indium-Zinn-Oxid (ITO) Glassubstrate mit verdünntem Reinigungsmittel, gefolgt von ionisiertem Wasser, Aceton und 2-Propanol ein mitDesktop Ultraschallbad (38 kHz) für 3 min für jeden Schritt. Schließlich entferne das Lösungsmittel ein N 2 Gebläse.
  2. Behandlung der Substrate mit UV / O 3 für 3 min einer UV / O 3 Behandlungseinheit unter Verwendung von nach dem Protokoll des Herstellers. Führen Sie die aktive Schicht-Beschichtungsverfahren unter einer inerten Atmosphäre in einer Glove-Box.
  3. Stellen Sie einen gereinigten Substrat auf dem Kopf eines Spin-Coater. Dispense etwa 100 & mgr; l der aktiven Schicht Lösung mit einer Mikropipette. Spin des Substrats wie folgt: 800 rpm für 60 sec, erhöhen die Rate auf 1000 rpm über 3 sec, dann bei 1000 rpm für 10 sec drehen. Die aktive Schichtdicke wird etwa 150 nm betragen.
  4. Trocknen der beschichteten Substrate in dem Handschuhkasten über Nacht.
  5. Wischen Sie überschüssiges Polymer eine geeignete Elektrodenverbindung und Verkapselung zu gewährleisten.
  6. Platzieren Sie die Substrate auf einer Verdampfungshalterung zur Abscheidung von Aluminium. Laden Sie den Halter in der Verdampfungskammer und thermisch eine 100 nm Schicht aus Aluminium abzulagernbei einer Verdampfungsrate von 0,4 nm / sec durch eine Edelstahl-Verdampfungsmaske, die zum Abscheiden der Aluminiumgegenelektroden 3 mm breite Öffnungen aufweist.
  7. Wenn die Abscheidung beendet ist, übertragen die Geräte an einem Handschuhkasten unter einer inerten Atmosphäre. Eine Raupe UV härtbare Epoxidharz in der Form eines Rechtecks ​​unter Verwendung eines Spenders. Legen Sie ein Deckglas (15 mm x 12 mm x 0,7 mm dick) auf dem Harz , das Gerät zu kapseln (siehe Abbildung 1).
  8. Heilung des Harzes mit UV - Strahlung (kumulative Dosis: 6.000 mJ / cm 2, Wellenlänge: 365 nm) aus einer UV-LED - Lichtquelle.

3. Charakterisierung

  1. JVL Messungen
    HINWEIS: Die Stromdichte (J) -Spannung (V) -luminance (L) (JVL) Merkmale und Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) Koordinaten wurden unter Verwendung eines spektralen Photodetektor mit einer Gleichspannung Stromquelle Monitor ausgestattet gemessen. Das Messsystem wird durch eine kontrolliertePC mit einem benutzerdefinierten Steuerungssoftware für die Datenerfassung. Das System wurde nach Herstellerprotokoll kalibriert und Messungen wurden im Dunkeln unter einem schwarzen Vorhang durchgeführt.
    1. Schließen Sie die Klemmen an die Kontakte des Geräts mit Krokodilklemmen. Stellen Sie das Gerät auf die Messung der Bühne.
    2. Führen Sie die Steuerungs-Software für die Datenerfassung. Das System steuert die angelegte Spannung und der Strom über die Zeit und sammelt die Emissionsspektren durch das Spektrometer durch eine optische Faser.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Ergebnisse

Die Elektrolumineszenz (EL) -Spektren wurden verwendet , um die CIE - Koordinaten und CRI - Werte (2, 4, 5) zu berechnen. Fotografische Bilder der emittierenden Vorrichtungen wurden gesammelt , um die Weiße der Emission (Figur 3) zu überprüfen.

Die EL - Spektren der Amin dotierten PFD - Geräten und dem undotierten PFD Vorrichtung sind in Abbildung 2 dargestellt. Die undotierte...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Diskussion

Der LEC hat eine aktive Schicht hydrophobe PFD und aromatische Amine enthält, und hydrophile Polyethylenoxid und KCF 3 SO 3. Da diese Materialien haben sehr unterschiedliche Löslichkeiten, eine sorgfältige Vorbereitung der Spinbeschichtungslösung ist entscheidend unvollständig Solvatation zu vermeiden. Jeder muss zunächst getrennt und vollständig in Lösemittel mit ausreichender Solvatisierungsfähigkeit aufgelöst werden, dann werden die Lösungen miteinander vermischt werden, um eine einheitliche Mis...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde zum Teil durch einen Zuschuss-in-Aid for Scientific Research (Nr 24225003) unterstützt. Diese Arbeit wurde von der JX Nippon Oil & Energy Corporation unterstützt.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl)(PFD)Aldrich571660
4,4',4' "-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamin (2-TNATA)Aldrich768669
9,9-Dimethyl-N,N" -di(1-naphthyl)-N,N" -diphenyl-9H-fluoren-2,7-diamin (DMFL-NPB)Aldrich
Poly(ethylenoxid) (PEO)Aldrich182028
Kaliumtirifluormethansulfonat (KCF3SO3)Aldrich422843unter Vakuum bei 200 ° getrocknet; C für 2  Stunden vor der Verwendung
von ChloroformKanto Chemical Co.08097-25dehydriertes
CyclohexanonKanto Chemical Co.07555-00
SCAT 20-X (Waschmittel)Daiichi Kogyo Seiyakuverdünnt mit Wasser
AcetonKanto Chemical Co.01866-25Elektronisches Grage
2-PropanolKanto Chemical Co.32439-75Elektronisches Grage
13 mm GD/X Einweg-Filtergerät PVDF-Filtermedien, Polypropylen-GehäuseWhatman6872-1304
UV/O3 BehandlungsgerätSEN Lights Co.SSP16-110
Spektraler FotodetektorOtsuka ElectronicsMCPD 9800
Spannungs-Stromquellen-MonitorADCMT6241A
VerdampfungsmaskeTokyo Process Service Co., Ltd.NADie Verdampfungsmaske wurde nassgeätzt, um Öffnungen für die gemusterte Abscheidung von Aluminium zu schaffen. Die Größe der Maske beträgt 100 mm x 100 mm x 0,2  mm-dick.

Referenzen

  1. Pei, Q., Yu, G., Zhang, C., Yang, Y., Heeger, A. J. Polymer light-emitting electrochemical cells. Science. 269 (5227), 1086-1088 (1995).
  2. Sun, Q., Li, Y., Pei, Q. Polymer light-emitting electrochemical cells for high-efficiency low-voltage electroluminescent devices. J. Disp. Technol. 3 (2), 211-224 (2007).
  3. Meier, S. B., et al. Light-emitting electrochemical cells: recent progress and future prospects. Mater. Today. 17 (5), 217-223 (2014).
  4. Edman, L., et al. Single-component light-emitting electrochemical cell fabricated from cationic polyfluorene: Effect of film morphology on device performance. J. Appl. Phys. 98 (4), 044502(2005).
  5. Fang, J., Matyba, P., Edman, L. The Design and Realization of Flexible, Long-Lived Light-Emitting Electrochemical Cells. Adv. Funct. Mater. 19 (16), 2671-2676 (2009).
  6. Yu, Z., et al. Stabilizing the Dynamic p− i− n Junction in Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells. J. Phys. Chem. Lett. 2 (5), 367-372 (2011).
  7. Sandström, A., Dam, H. F., Krebs, F. C., Edman, L. Ambient fabrication of flexible and large-area organic light-emitting devices using slot-die coating. Nat. Commun. 3, 1002(2012).
  8. Liang, J., Li, L., Niu, X., Yu, Z., Pei, Q. Elastomeric polymer light-emitting devices and displays. Nat. Photonics. 7 (10), 817-824 (2013).
  9. Yang, Y., Pei, Q. Efficient blue-green and white light-emitting electrochemical cells based on poly 9, 9-bis (3, 6-dioxaheptyl)-fluorene-2, 7-diyl. J. Appl. Phys. 81 (7), 3294-3298 (1997).
  10. Tang, S., Buchholz, H. A., Edman, L. White Light from a Light-Emitting Electrochemical Cell: Controlling the Energy-Transfer in a Conjugated Polymer/Triplet-Emitter Blend. ACS Appl. Mater. Iterfaces. 7 (46), 25955-25960 (2015).
  11. Nishikitani, Y., Takizawa, D., Nishide, H., Uchida, S., Nishimura, S. White Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells Fabricated Using Energy Donor and Acceptor Fluorescent π-Conjugated Polymers Based on Concepts of Band-Structure Engineering. J. Phys. Chem. C. 119 (52), 28701-28710 (2015).
  12. Sun, M., Zhong, C., Li, F., Cao, Y., Pei, Q. A Fluorene− Oxadiazole Copolymer for White Light-Emitting Electrochemical Cells. Macromolecules. 43 (4), 1714-1718 (2010).
  13. Tang, S., Pan, J., Buchholz, H., Edman, L. White Light-Emitting Electrochemical Cell. ACS Appl. Mater. Interfaces. 3 (9), 3384-3388 (2011).
  14. Tang, S., Pan, J., Buchholz, H. A., Edman, L. White light from a single-emitter light-emitting electrochemical cell. J. Am. Chem. Soc. 135 (9), 3647-3652 (2013).
  15. Nishikitani, Y., et al. White polymer light-emitting electrochemical cells using emission from exciplexes with long intermolecular distances formed between polyfluorene and π-conjugated amine molecules. J. Appl. Phys. 118 (22), 225501(2015).
  16. Tang, S., Mindemark, J., Araujo, C. M. G., Brandell, D., Edman, L. Identifying Key Properties of Electrolytes for Light-Emitting Electrochemical Cells. Chem. Mater. 26 (17), 5083-5088 (2014).

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Nachdrucke und Genehmigungen

Tags

Polymer-elektrochemische Leuchtzellenweißes LichtemissionsvermögenExciplex-BildungPFD- und Amin-MischungSpin-Coating-VerfahrenAbscheidung der AluminiumelektrodeMessung der CIE-KoordinatenFarbwiedergabeindexUV-Ozon-BehandlungVersiegelung in der Glovebox
Die Herstellung von Weißlichtemittierenden elektrochemischen Zellen, die mit stabile Emission von Exciplexe
Kontaktieren Sie uns
Der Bibliothek empfehlen

Datenschutz

Nutzungsbedingungen

Richtlinien

Urheberrecht © 2026 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten.